Cómo facilitar la conversión de residuos vegetales en biocombustibles
Proceso innovador para disolver rápidamente las fibras vegetales
Los investigadores han desarrollado un nuevo proceso que podría abaratar mucho más la producción de biocombustibles como el etanol a partir de residuos vegetales y reducir la dependencia de los combustibles fósiles.
La próxima generación de procesos de pretratamiento a base de amoníaco y sal facilita la descomposición eficiente de la biomasa de residuos como tallos de maíz, hojas y otros residuos (llamados "corn stover").
Shih-Hsien Liu/ORNL and Shishir Chundawat/Rutgers University-New Brunswick
Su enfoque, que incluye un solvente a base de amoníaco y sal que convierte rápidamente las fibras de las plantas en los azúcares necesarios para hacer etanol, funciona bien a temperatura ambiente, a diferencia de los procesos convencionales, según un estudio dirigido por Rutgers en la revista Green Chemistry.
"Nuestro sistema de pretratamiento puede reducir drásticamente -hasta 50 veces- el uso de enzimas para convertir la celulosa tratada con disolventes (fibra vegetal) en glucosa (un azúcar) utilizada para fabricar bioproductos como el etanol", dijo el autor principal Shishir P. S. Chundawat, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Rutgers, en New Brunswick. "Procesos similares podrían reducir enormemente el coste de producir biocombustibles a partir de biomasa residual como los tallos y las hojas de maíz".
El disolvente también puede extraer más del 80 por ciento de la lignina de los residuos vegetales. La lignina, que se une a las fibras de las plantas y las fortalece, podría utilizarse para ayudar a mejorar los valiosos productos químicos aromáticos en el futuro, según Chundawat. La investigación se benefició de los esfuerzos de colaboración y del acceso a un instrumento Bio-SANS de alta tecnología en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge para el análisis de cómo responden los sistemas biológicos complejos como los residuos vegetales durante el procesamiento para comprender mejor cómo se disuelve la celulosa a nivel molecular.
Los tallos, hojas y otros residuos del maíz (llamados "corn stover") y el "switchgrass", por ejemplo, tienen microfibras de celulosa muy compactas, que son pequeñas hebras más finas que las fibras. Las microfibrillas son difíciles de descomponer utilizando enzimas o microbios, lo que dificulta la conversión de muchos materiales vegetales de la biomasa en biocombustibles o productos bioquímicos. La biomasa incluye materiales de origen microbiano, vegetal o animal que se utilizan para la producción de energía renovable y procesos industriales.
Para acelerar la conversión de la celulosa en azúcares como la glucosa con enzimas se necesitan disolventes adecuados o pretratamientos a base de calor y/o químicos. En los últimos 150 años, se han explorado varios solventes que pueden descomponer las fibras de celulosa. Pero la mayoría de los disolventes siguen siendo costosos o requieren rangos extremos de presiones o temperaturas de operación para ser efectivos.
El sistema de disolventes a base de amoníaco y sal acelera la conversión de la celulosa en azúcares mediante el uso de enzimas. Puede reducir enormemente el coste de la producción de biocombustibles, ya que las enzimas pueden suponer entre el 15 y el 20 por ciento del coste de la producción de biocombustibles como el etanol a partir de la biomasa.
Los próximos pasos serán optimizar el proceso de pretratamiento de la biomasa como el maíz, los residuos sólidos urbanos y los cultivos bioenergéticos como la hierba artificial y el álamo, que pueden ser convertidos en combustibles, al tiempo que se desarrollan enzimas más robustas para reducir aún más los costes, según Chundawat.
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